CC BY
25
Describes features of a technique of designing and building overhead power lines with insulated wire with voltage of 0.4 kv.
Key words: power line, self-supporting insulated wire, armature, wire, loads.
Karnitsky Valery Yulyevich, candidate of technical sciences, docent, eiestsatsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mescheryakov Sergey Vladimirovich, student, Dusty 71russ@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.316
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С РЕЗКОПЕРЕМЕННЫМИ НЕЛИНЕЙНЫМИ НАГРУЗКАМИ
Ю.И. Горелов, А.Д. Кузнецова, П.С. Лыпырева, В.А. Шашаева
Рассмотрены вопросы повышения качества и снижения потерь электрической энергии в электрических сетях с быстропеременными нелинейными нагрузками.
Ключевые слова: электроэнергетическая система, электрическая мощность, быстропеременная нелинейная нагрузка, компенсация изменения мощности, компенсация нелинейных искажений, гибридный компенсатор.
В электрических сетях, питающих симметричные и линейные нагрузки, потребляющие достаточно постоянную активную мощность, обычно нет серьезных проблем с обеспечения качества электрической энергии [2,4]. Для электрических сетей с быстропеременными нелинейными нагрузкамипроблема качества электрической энергии является одной из ключевых [1]. Для таких нагрузок характерно резкое изменение потребляемой электрической мощности в пределах от долей секунд до долей минут, а также наличие искажений синусоидальности токов и напряжений, что сильно снижает качество электрической энергии и приводит к существенному росту электрических потерь в сети. Для повышения качества электроэнергии и снижения потерь в электрических сетях в таком случае наиболее подходящим способом является применение компенсаторов [3, 5].
В случае быстропеременных нелинейных нагрузоккомпенсация изменения мощности требует, чтобы компенсатор мог хранить и высвобождать обратно в электрическую сеть достаточное количество энергии; компенсация искажений тока и напряжения требует, чтобы компенсатор был способен генерировать быстро меняющийся ток, устрвняющий искажающую составляющую тока нагрузки.
Эти два требования к компенсатору существенно различаются. Компенсаторы, которые обеспечивают возможность хранения и высвобождения энергии в сеть, не должны быть очень быстрыми. Количество энергии, которые такие компенсаторы могут хранить, имеет решающее значение для таких компенсаторов. Компенсаторы, способные генерировать искажающий компонент тока нагрузки в противофазе, по существу не нуждаются в возможности хранения энергии. Поэтому компенсатор для быст-ропеременных нелинейных нагрузокдолжен быть построен из двух отдельных компенсаторов; один для снижения вариации потребляемой мощности, а второй, для компенсации искажений тока нагрузки, то есть иметь гибридную структуру.
Способность хранения электрической энергии, необходимой для уменьшения вариации мощности в электрических сетях, может быть обеспечена системами хранения электроэнергии. Обычно для этих целей используются аккумуляторные батареи, маховики, суперконденсаторы или сверхпроводящие системы хранения магнитной энергии [7].
Гибридная структура компенсатора показана на рис. 1. Он построен из компенсатора для уменьшения вариацииэлектрической мощности и компенсатора для уменьшения искажающей составляющей тока питания нагрузки. Компенсатор вариации электрической мощностисостоит из системы хранения энергиии инвертора на основе широко-импульсной модуляции, обеспечивающего почти гармоническую форму выходного напряжения. Компенсатор искажений тока нагрузкипредставляет собой коммутационный компенсатор на основе широко-импульсной модуляции, известный как активный или гармонический фильтр [5, 6]. Гибридный компенсатор присоединяется шунтом к шине нагрузки.
Рис. 1. Гибридный компенсатор
Компенсатор вариацииэлектрической мощностиработает в двух различных режимах, а именно в режиме энергосбережения (зарядки) и режима выделенияэнергии. Изменение потребляемой активной мощности быстропеременной нелинейной нагрузки сравнивается ссредней активной мощностью Рт, прогнозируемой на основе информации, получаемой с устройства сбора информации. Если Рт> Р, то компенсатор вариацииэлектрической мощностиработает в режиме зарядки. Если Рт£ Р, то компенсатор
вариацииэлектрической мощности работает в режиме выделенияэнергии в сеть. Эти режимы работы компенсаторавариацииэлектрической мощностипоказаны на рис. 2.
Рис. 2. Режимы работы компенсаторавариации электрической мощности
210
Компенсатор искажений тока нагрузки предназначен для ввода искаженного компонента тока питания в противофазе в электрическую сеть.
Для достижения целей компенсации необходимо определить и сгенерировать два разных опорных сигнала. Первый является опорным сигналом для изменения мощности компенсаторавариации электрической мощности, а, второй, опорный сигнал для компенсатораискажений тока нагрузки.
Разница между активной мощностью нагрузки и ее средним значением является основой для определения опорного сигнала для управления компенсатором вариаци-иэлектрической мощности [8].
Чтобы уменьшить разницу между фактическим активным током и средним активным током,активную составляющую тока , представленного на рис. 1, необходимо рассчитывать по формуле:
/' = 1 -1 . (1)
^ Ра 1а т ^ '
Ток в (1) является опорным сигналом для компенсации изменения активной мощности.
Чтобы компенсировать реактивную мощность, основной реактивный ток 11г должен быть добавлен к опорному сигналу:
/' = I - 1 + I .
^ Р 1а т 1г
Если энергетические и электрические свойства нагрузки идентифицируютсяпо последнему наборуизмеренных мгновенных значений напряжения и тока, то управляющие сигналыгибридного компенсатора будет иметь временную задержку. Эффективность работыгибридного компенсатора можно улучшить путем расчета опорных токов-по предсказанным значениям активных и реактивных токов[8]. Прогнозирование произвольной электрической величины выполняется следующим образом:
Х(* ) = X (* + Т)
Поэтому, применяя свойство сдвига, среднеквадратическое значения такой величины равно
х[=х/
То есть каждая электрическая величина может быть предсказана путем добавления линейной разности между текущим значением и ее предшественником.
Прогнозируемая активная и реактивная проводимости равны
Ак+1 = Ак+(&ис- &1к-1)=- &1к-1
%+1=2В1к- В1к -1
Прогнозируемая величина напряжения
и»+1 = 201к - Цк_1. (2)
Значение действующего значения напряжения нагрузки в (2) на сновании последнего набора измерений[8]:
42 ^ _
Uk £ Une N = Ulkejak
N n=k—N+1
hak+l
hrk+1
Следовательно, прогнозируемый активный и реактивный токи равны
= V^ik+Ak+i cos [w (kDt) + aik ] = -^2Bik+fiik+i sin [w (kDt) + aik ]
Таким образом, опорный ток для компенсаторавариацииэлектрической мощности равен:
j p = hak+i — hmk + hrk+i • 2ii
Если Ыт - количество выборок измерений для усреднения, то средняя активная проводимость в момент 1к рассчитывается следующим образом:
1
^тк ~
N.
X <^1кп
т п=1
Следовательно средний ток / к равен [8]
тк
= Л&ткии СОБ[й (кАт) + а1к ] .
Опорный ток для компенсаторавариацииэлектрической мощности, рассчитанный по (3), показан на рис. 3.
Расчет прогнозируемых значений проводимости позволяет также идентифици-роватьрежим работы для компенсаторавариацииэлектрической мощности следующим образом:
режим зарядки: От > 01к+1;
режим выделенияэнергии в сеть: От < G1k+1.
Опорный ток, показанный на рис. 3, представляет ток, который необходимо ввести в электрическую сеть, чтобы уменьшить вариацию активной и реактивной мощности.
Рис. 3. Опорный ток и режимы работы компенсатора вариации мощности
С другой стороны, чтобы уменьшить искажение составляющей тока питания-его также необходимо компенсировать. Прогнозирование искаженного компонента тока питания нагрузки в момент Хк х может быть выполнен следующим образом:
]вк+1 _ 1к+1 — 11ак+1 — 11тк+1 (4)
Прогнозируемый ток питания /к+1 в (4) не является медленно меняющимся сигналом. Любое переключениевыполняемое в нагрузке, отражается на быстром изменение величины тока питания нагрузки. Поэтому прогнозное значение тока питания нагрузки рассчитывается следующим образом
Рис. 4. Опорный ток для компенсатора искажений тока нагрузки
212
Опорный ток компенсатора искажений тока нагрузки, рассчитанный на основании (4), проиллюстрирован на рис. 4.
Список литературы
1. Железко Ю.С. Влияние потребителя на качество электроэнергии в сети и технические условия на его присоединение // Промышленная энергетика, 1991. №8. С. 39-41.
2. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях; перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. 186 с.
3. Аррилага Д., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 215 с.
4. Суднова В.В. Качество электрической энергии. М.: ЗАО Энергосервис, 2000.
80 с.
5. Агунов A.B. Статический компенсатор неактивных составляющих мощности с полной компенсацией гармонических составляющих тока нагрузки // Электротехника, 2003. № 2. С. 47-50.
6. Akagi H., Kanazawa Y., Nabae A. Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components // IEEE Transactions on Industry Applications, 1984. Vol. IA-20. P. 625-630.
7. Ribeiro Paulo F., Johnson Brian K., Crow Mariesa L., Arsoy Aisen, Yilu Liu. Energy Storage Systems for advanced power applications // Procedings of the IEEE, 2001. Vol. 89. No. 12. P. 1744 - 1756.
8. Czarnecki L.S., Haley P.M. Unbalanced power in four-wire systems and its reactive compensation // IEEE Trans. on Power Delivery, 2015. Vol. 30. No. 1. P. 53-63.
Горелов Юрий Иосифович, канд. техн. наук, доцент, gor_tula@,rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кузнецова Анна Дмитриевна, магистрант, gor tiila aramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лыпырева Полина Сергеевна, магистрант, gor tiila aramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шашаева Владислава Андреевна, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
INCREASING THE QUALITY OF ELECTRIC ENERGY IN ELECTRIC NETWORKS WITH
FAST VARYING NONLINEAR LOADS
Y.I. Gorelov, A.D. Kuznetsova, P.S. Lipireva, V.A. Shashaeva
The questions of improving the quality and reducing the loss of electrical energy in electrical networks with fast varying non-linear loads are considered.
Key words: electric power system, electric power, fast varying non-linear load, compensation of the power variation, compensation of burst of distortion, hybrid compensator
Gorelov Yury Iosifovich, candidate of technical science, docent, gor_tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kuznetsova Anna Dimitrievna, master, gor tiila aramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lipireva Polina Sergeevna, master, gor tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shashaeva Vladislava Andreevna, master, gor tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.316.1; 658.26(075.8)
МЕТОДИКА СИНТЕЗА СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
В.М. Степанов, В.С. Косырихин
Представлены общие требования к РУ напряжением 10(6 кВ) и методика их синтеза при проектировании электрических сетей и электрооборудования систем электроснабжения промышленных объектов.
Ключевые слова: промышленные объекты, электрические сети, силовое электрооборудование, синтез, распределительные устройства.
Синтез схем РУ цеховых трансформаторных подстанций (ТП) определяются характеристикой ЭП и схемами межцехового и внутрицехового распределения электроэнергии. Их, как и схемы ГПП, следует проектировать без сборных шин первичного напряжения при радиальном и магистральном питании.
Радиальное питание небольших однотрансформаторных подстанций (до 630 кВ*А) производят по одиночной радиальной линии без резервирования на стороне ВН при отсутствии нагрузок 1-й категории.
Взаимное резервирование в объёме 25...30% на однотрансформаторных подстанциях следует осуществлять с помощью перемычек на напряжении до 1 кВ (при схеме «трансформатор-магистраль») для тех отдельных подстанций, где оно необходимо.
Радиальные схемы цеховых двухтрансформаторных бесшинных подстанций следует осуществлять от разных секций РП, питая каждый трансформатор отдельной линией. Каждую линию и трансформатор рассчитывают на покрытие всех нагрузок 1-й и основных нагрузок 2-й категории при аварийном режиме. При отсутствии точных данных о характере нагрузок каждая линия и каждый цеховой трансформатор можно выбрать предварительно, причём мощность трансформатора должна составлять 80.90% от суммарной расчётной мощности нагрузок, подключаемых к подстанции.
Магистральные схемы_питания подстанций должны применяться:
а) при линейном расположении подстанций, обеспечивающем прямое прохождение магистралей от источника питания до потребителей. Число трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали, должно быть два-три при мощности трансформаторов 1600.2500 кВ*А и четыре-пять при мощности 250.630 кВ*А;
б) при необходимости (по условиям бесперебойности питания) резервирования подстанции от другого источника в случае планового вывода их работы или выхода из строя основного питающего пункта;
